Redes de Computadores
Introdução:
Redes de Computadores
● Objetivos
● definir contexto e terminologia
● visão geral
● (detalhes virão ao longo do curso)
● abordagem: Internet como exemplo
Redes de computadores
Historicamente ...
● Interconexão de computadores autônomos
• compartilhamento de recursos • maior confiabilidade
Redes de computadores
● Componentes básicos
● hardware, software, estrutura de
telecomunicação
● Funcionamento integrado desses
componentes
• compreensão de tecnologia de redes
Redes de computadores
● Arranjo topológico que interliga vários
módulos processadores por enlaces físicos e protocolos
● Alternativas dependem do tipo de rede
• LAN, MAN ou WAN
Ligação Física
● Ponto a ponto
● 2 pontos de ligação com uma
extremidade em cada nó - em geral, redes maiores
● Multiponto
● 2 ou mais dispositivos
Ligação Lógica
● Unicast: transmissão possui
par origem-destino (1 para 1)
● Broadcast: estação envia uma
única mensagem para todas as estações de uma rede
(1 para todos)
Topologia completa ou
totalmente conectada
● Conexão direta entre todo par de nós
• Grande eficiência
• Alto custo, principalmente: • com grande número de nós
Topologia parcialmente
conectada
● Conexão indireta entre qualquer
par de nós
• Mantêm-se caminhos alternativos • contra falhas
Topologia em árvore
● Modelo comum para distribuição de
informação
● Problemas na comunicação entre
Topologia em estrela
● Cada nó é interligado a um nó central
● Nó central pode atuar:
• como gerente
• compatibilizando taxas de transmissão e recepção
Topologia em anel
● Unidirecional
• usada em redes óticas
● Retirada da mensagem pode ser
realizada pela origem ou pelo destino
● Vulnerável a falhas em qualquer
Topologia em barra
● Configuração multiponto
• Difusão em meio físico compartilhado • meio físico confinado
Rede sem fio
● Diferente de computação
móvel
• Difusão em meio físico compartilhado
• meio físico não confinado
Protocolos
● Protocolos humanos
• definem procedimentos para comportamento
● Protocolos de rede
• descrição formal do formato de mensagens e
regras para troca dessas mensagens
• sintaxe, semântica e sincronização da comunicação
Hierarquia de Protocolos
Arquitetura em camadas
● Princípio do “Dividir para Conquistar”
• Projetar uma rede como um conjunto hierárquico de camadas
● Cada camada usa os serviços da
camada imediatamante inferior para implementar e oferecer os seus
serviços à camada superior
Hierarquia de Protocolos
● Interface define que serviços uma camada
inferior oferece à camada superior
● Arquitetura de rede é um conjunto de
camadas e protocolos
Arquitetura TCP/IP
● Origem na ARPANET (futura Internet)• objetivo inicial era manter a comunicação fim a fim funcional, mesmo que alguns enlaces ou sistemas
intermediários falhassem
• rede com comutação de pacotes baseada em uma camada inter-rede não orientada à conexão
● TCP/IP é uma família de protocolos, onde o TCP e o IP são os
principais
• TCP - Transmission Control Protocol • IP - Internet Protocol
Arquitetura TCP/IP
5 camadas
aplicação transporte rede enlaceTransmissão dos Dados
Física Enlace Rede Transporte Aplicação Física Enlace Rede Transporte Aplicação DadosTransmissão dos Dados
Rede Transporte Aplicação Rede Transporte Aplicação Dados ATransmissão dos Dados
Física Enlace Rede Transporte Aplicação Física Enlace Rede Transporte Aplicação Dados A T ATransmissão dos Dados
Rede Transporte Aplicação Rede Transporte Aplicação Dados A T RTransmissão dos Dados
Física Enlace Rede Transporte Aplicação Física Enlace Rede Transporte Aplicação Dados A T R E E E E EETransmissão dos Dados
Rede Transporte Aplicação Rede Transporte AplicaçãoTransmissão dos Dados
Física Enlace Rede Transporte Aplicação Física Enlace Rede Transporte Aplicação Dados A T R E E E E EE E E E EF FTransmissão dos Dados
Rede Transporte Aplicação Rede Transporte AplicaçãoTransmissão dos Dados
Física Enlace Rede Transporte Aplicação Física Enlace Rede Transporte Aplicação Dados A T RTransmissão dos Dados
Rede Transporte Aplicação Rede Transporte Aplicação Dados A T ATransmissão dos Dados
Física Enlace Rede Transporte Aplicação Física Enlace Rede Transporte Aplicação Dados ATransmissão dos Dados
Rede Transporte Aplicação Rede Transporte Aplicação DadosPilha de Protocolos
Aplicação: suporta aplicações de rede
FTP, SMTP, HTTP
Transporte: transferência de dados entre processos
TCP, UDP
Rede: roteamento de datagramas da origem ao destino
IP, protocolos de roteamento
Enlace: dados transferidos entre elementos vizinhos da rede
PPP, Ethernet
Física: bits “no cabo”
aplicação transporte
rede enlace
Internet
● Milhões de elementos
computacionais interligados
hospedeiros = sistemas finais
● Executando aplicações distribuídas ● Enlaces de comunicação
● fibra, cobre, rádio, satélite, …
Home network
Institutional network Mobile network
Global ISP
Internet
● Internet: “Rede de redes”
Estrutura hierárquica
● Padrões Internet
RFC: Request for comments
IETF: Internet Engineering Task Force
● Protocolos de rede em hierarquia
Arquitetura TCP/IP
Borda da Rede
Sistemas finais (hosts):
Executam aplicações Web, email
client/server peer-peer
Modelo cliente servidor
Cliente requisita e recebe serviços
disponibilizados pelo servidor
e.g. Web browser/server; email
client/server
Núcleo da Rede
Malha de roteadores interconectados
Questão Fundamental: como transferir os
dados através da rede?
Comutação de circuitos:
circuito dedicado a cada chamada, e.g, rede
telefônica
Comutação de pacotes:
dados enviados em pacotes discretos
Serviços de Internet
● Infra-estrutura de comunicação
permite aplicações distribuídas: Web, e-mail, jogos, e-commerce, compartilhamento de arquivo, ...
Estrutura da Internet:
Redes de Redes
● Estrutura hierárquica
● No centro: ISPs de “zona-1” (ex.: UUNet,
BBN/Genuity, Sprint, AT&T), cobertura nacional/internacional
Estrutura da Internet:
Redes de Redes
● ISPs de “Zona-2”: ISPs menores
(freqüentemente regionais)
● Conectam-se a um ou mais ISPs de Zona-1,
Estrutura da Internet:
Redes de Redes
● ISPs de “Zona-3” e ISPs locais
● Última rede de acesso (“hop”) (mais próximos
dos sistemas finais)
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier-2 ISP Tier-2 ISP
Tier-2 ISP Tier-2 ISP
Tier-2 ISP local
ISP local
ISP localISP local
ISP Tier 3 ISP
local Local and tier-
3 ISPs are customers of higher tier ISPs connecting them to rest of Internet
Fim-a-Fim
Tier 1 ISP Tier 1 ISP Tier 1 ISP Tier-2 ISP Tier-2 ISP Tier-2 ISP local ISP localISP localISP local
ISP Tier 3 ISP
Desempenho: Perdas e Atrasos
● Pacotes são enfileirados nos buffers dos
roteadores
Taxa de chegada maior que a capacidade de saída do enlace
● Pacotes são enfileirados, esperando a vez de serem servidos
A
B
Pacote sendo transmitido (atraso)
Quatro fontes de atraso
1. processamento no nó:
Verificando erros de bits
A transmissão propagação
2. fila
Tempo de espera para ser
enviado ao enlace de saída
Depende do nível de
congestionamento do roteador
Atraso em redes de comutação de
pacotes
3. Atraso de transmissão: R=banda enlace (bps)
L=tamanho pacote (bits)
Tempo para envio dos pacotes no enlace = L/R
4. Atraso de propagação:
d = tamanho do enlace físico s = velocidade de propagação (~2x108 m/sec) Atraso de propagaçao = d/s A B propagação transmissão
Nota: s e R são medidas diferentes!
Atraso em um nó
dproc = atraso de processamento
Tipicamente poucos microsecs ou menos
dqueue =atraso de fila
Depende do congestionamento
dtrans = atraso de transmissão
= L/R, significante para enlaces de baixa velocidade
prop trans queue proc nodal
d
d
d
d
d
=
+
+
+
Atraso de fila
R=banda enlace (bps)
L=tamanho pacote (bits) a=taxa média de chegada de pacotes
Intensidade do tráfego = La/R
La/R ~ 0: atraso médio pequeno La/R -> 1: atraso grande
La/R > 1: atraso médio pode tender ao infinito, dado que chegam mais pacotes do que é possível
Atraso e rotas na Internet
O que é o atraso em redes de computadores?
Traceroute: programa que mede o atraso fim-a-fim
entre origem e todos os roteadores até o destino. Para todo o roteador i:
Envia três pacotes ao roteador i no caminho do destino Roteador i retorna o pacote a origem
Atrasos e rotas na Internet
1 cs-gw (128.119.240.254) 1 ms 1 ms 2 ms 2 border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu (128.119.3.145) 1 ms 1 ms 2 ms 3 cht-vbns.gw.umass.edu (128.119.3.130) 6 ms 5 ms 5 ms 4 jn1-at1-0-0-19.wor.vbns.net (204.147.132.129) 16 ms 11 ms 13 ms 5 jn1-so7-0-0-0.wae.vbns.net (204.147.136.136) 21 ms 18 ms 18 ms 6 abilene-vbns.abilene.ucaid.edu (198.32.11.9) 22 ms 18 ms 22 ms 7 nycm-wash.abilene.ucaid.edu (198.32.8.46) 22 ms 22 ms 22 ms 8 62.40.103.253 (62.40.103.253) 104 ms 109 ms 106 ms 9 de2-1.de1.de.geant.net (62.40.96.129) 109 ms 102 ms 104 ms 10 de.fr1.fr.geant.net (62.40.96.50) 113 ms 121 ms 114 ms 11 renater-gw.fr1.fr.geant.net (62.40.103.54) 112 ms 114 ms 112 ms 12 nio-n2.cssi.renater.fr (193.51.206.13) 111 ms 114 ms 116 ms 13 nice.cssi.renater.fr (195.220.98.102) 123 ms 125 ms 124 ms 14 r3t2-nice.cssi.renater.fr (195.220.98.110) 126 ms 126 ms 124 ms 15 eurecom-valbonne.r3t2.ft.net (193.48.50.54) 135 ms 128 ms 133 ms 16 194.214.211.25 (194.214.211.25) 126 ms 128 ms 126 ms 17 * * * 18 * * * 19 fantasia.eurecom.fr (193.55.113.142) 132 ms 128 ms 136 mstraceroute: gaia.cs.umass.edu to www.eurecom.fr
Three delay measurements from
gaia.cs.umass.edu to cs-gw.cs.umass.edu
* means no response (probe lost, router not replying)
trans-oceanic link
Perda de Pacotes
Fila que precede o enlace possui capacidade finita
Pacotes que chegam e encontram a fila completa são descartados (perdidos)
Pacote pode ser retransmitido pelo nó precedente, pela origem, ou por nenhum dos dois
A Pacote sendo transmitido
buffer (espera)
